年产6万吨超高分子量PMMA项目设计
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年产6万吨超高分子量PMMA项目 创新性说明书
创新性设计说明书
年产6万吨超高分子量PMMA项目 创新性说明书
目录
1. 分离技术与节能降耗技术创新 1
1.1 先进的分离技术 1
1.2 热集成创新 2
1.3 HIDIC热耦合塔 2
2. 环境保护技术创新 4
2.1 废水处理方案创新 4
3.设备创新 5
3.1新型塔板的运用 5
3.2多段组合式固定床反应器 6
4.控制系统 7
4.1 HIDIC精馏塔基于温度补偿器的双温度控制系统 7
年产6万吨超高分子量PMMA项目 创新性说明书
1. 分离技术与节能降耗技术创新
1.1 先进的分离技术
本项目中的MAL与水的分离技术采用专利CN105683142A中的分离，分离是这样的方法：（a）其包含向相分离器提供包含水、甲基丙烯醛和任选甲醇的第一流,前提条件是所述第一流包含至少重量的水；（b）使所述第一流相分离为主要包含甲基丙烯醛的有机相和主要包含水的水相；（c）在脱水柱中蒸馏所述有机相以产生主要包含甲基丙烯醛的产物流。
此分离技术出乎意料地产生了具有小于重量的水的浓缩甲基丙烯醛流,并且避免了现有技术的许多缺点。
图1-1 分离过程的流程图
1.2 热集成创新
本项目使用了夹点分析和热集成节能技术，运用了 Aspen Energy Analyzer V7.2 软件，得到适用于本系统的换热网络方案。使厂区内的冷热物流在合理范围内换热，从而达到节省能量的目的，最终获得一个能量较大回用的换热网络，如下图所示：
图 1-2 换热网络
相较不采用热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，运用热集成前后能耗对比如下：
表1-1 公用工程对比表
项目
冷公用工程/MW
热公用工程/MW
总计/MW
直接公用工程
15.07
13.45
28.52
换热网络设计
11.87
10.26
22.13
能量减少量/%
21.2
23.7
22.4
经过优化后，节能38.24MW，需要冷公用工程27.14MW，热公用工程21.34MW。需要的冷公用工程包括冷冻水和冷冻液，需要的热公用工程包括低压蒸汽、中压蒸汽和高压蒸汽，可由园区公用工程站和本厂废热锅炉提供。
1.3 HIDIC热耦合塔
在常规精馏塔中热量由再沸器引入再由冷凝器排出，大部分的能量损失在诸如塔的压降以及通过换热器的温差上，只有少部分能量用于减小产品的熵。而HIDiC由于应用了内部热耦合技术将这些热量提高等级并使之足以用于再沸过程，去除了常规精馏塔中的再沸器和冷凝器，并且令精馏段的热量向提馏段传递，这样就减小了塔顶和塔底较大温差造成的热量流失，大大提高了精馏操作的热力
学效率。其基本的工作原理是精馏段放出热量，其内部产生液相流;而提馏段吸收热量，其内部产生气相流，从而保证了分离所必需的气相流和液相流，也因此得以节省一套冷凝器和再沸器。
本流程中图如下：
图 1-3 HIDiC热耦合塔流程图
使用内部耦合技术后，冷凝器负荷为8063.5kW，再沸器负荷为662.5kW，比不使用中间再沸器技术节能10377.9kW。
添加热耦合技术后，提馏段的操作线更加靠近平衡线，即塔内分离过程的推动力减小，提高了分离过程的可逆性，使能量利用的效率更高；也由于操作线更加靠近平衡线，完成相同的分离任务，操作费用的节省远远大于设备费用的增加。
可见内部热耦合技术在甲醇水精馏塔回收甲醇时的应用减少了公用工程的使用量，取得了良好的节能效果以及经济效益。
如图所示通过上述节能措施及热集成技术，本项目中HIDIC节能5186MW，采用热耦合后的能耗为普通精馏能耗的60.2%，综合节能39.8%。共需要冷公用工程11.6MW，热公用工程10MW，实现了较大程度的能量回收利用。
2. 环境保护技术创新
2.1 废水处理方案创新
针对本项目的污水特点和为了满足事故废水的处理要求，废水送往污水处理站。项目污水处理站采用光芬顿法+SBR（序批式活性污泥法）集成。
①SBR(序批式活性污泥法)
SBR法是一种较为先进的活性污泥处理法，该处理工艺集曝气池、沉淀池为一体，连续进水，间歇曝气，停气时污水沉淀撇除上清液，成为一个周期，周而复始。SBR法中曝气、沉淀在同一池内，节约了沉淀池和污泥、污水回流系统，所以占地省、运行费用低、设备简单、维护方便。
项目SBR池分四格，每格按进水、曝气、沉淀、潍水四个阶段进行周期性运行。SBR池的进水、曝气、沉淀、潍水采用PLC进行控制，每格SBR池进水1. 5h，曝气3h、沉淀1h，潍水0. 5h，一个周期6h，每一周期及每一阶段的运行时间可根据来水的水质和出水水质情况进行调整。SBR池内多余的污泥用污泥泵排入污泥池，污泥池污泥用泵送带式浓缩脱水一体化脱水机进行污泥脱水，滤液回到生活污水提升泵间，重新进入污水处理系统进行处理，泥饼外运。
②光芬顿法
光芬顿法的实质是二价铁离子(Fe2+)、和双氧水在紫外光的作用下，之间的链反应催化生成羟基自由基，具有较强的氧化能力，其氧化电位仅次于氟，高达2.80V。另外, 羟基自由基具有很高的电负性或亲电性，其电子亲和能高达 569.3kJ 具有很强的加成反应特性，因而 Fenton试剂可无选择氧化水中的大多数有机物，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水的氧化处理。
通过本厂的污水处理站处理工艺，可以处理较大范围内的污水，从而使生产更加清洁环保。
3.设备创新
3.1新型塔板的运用
本项目选用河北工业大学自主专利塔板CTST，立体传质塔板CTST为独特的立体结构，其核心部件为梯形喷射罩，如下图4-1和4-2所示，侧面为带筛孔的喷射板，两端为梯形的端板，上部为分离板。喷射板与塔板间有一定的底隙，为液体进入罩体的通道。塔板上为矩形开孔。分离板的作用一是提供气液接触空间，二是使气液两相有效分离，减少雾沫夹带。
图2-1 CTST塔板结构 图2-2 CTST塔板操作工况
立体传质塔板独特的空间结构和喷射型的操作过程将气液传质区域扩展到塔板空间范围，因此充分利用了塔板空间，使之具有如下优越特性：
（1）处理能力大，比F1浮阀塔板处理能力提高50%~150%；
（2）效率高，比F1浮阀高10%以上；
（3）板压降低，低于F1浮阀30%以上，可用于减压场合；
（4）操作弹性大，其值可达5.4~7.2；
（5）抗堵塞能力强，可处理含固体颗粒易自聚物料；
（6）具有消泡性能，适于处理易发泡物料；
（7）塔板液流梯度影响小，适于大塔径、高液相负荷场合。
3.2多段组合式固定床反应器
本项目采用一种组合式固定床反应器，包括壳体、进料口、出料口、上绝热反应床层、等温反应床层和下绝热反应床层，该固定床反应器通过在等温反应床层的上部设置上绝热反应床层,由此可使催化剂床层温度迅速升高，达到反应所需要温度，提高催化剂床层利用率此外，该绝热反应段还能有效控制反应温度，提高催化剂的整体使用寿命所述等温反应床层内设有沿等温反应床层的轴向均匀设置的换热列管，这种设置方式规整了沿径向流动的气体，使其呈平推流状态，减少了物料返混。与此同时，下绝热反应床层可降低反应器尺寸和制造成本。
图2-3多段组合式固定床反应器结构图
4.控制系统
4.1 HIDIC精馏塔基于温度补偿器的双温度控制系统
减小HIDiC双温度控制系统在非平稳扰动发生时两端产品质量中存在的稳态余差，对两个温度控制器的设定值进行调节是一个简易的方法，其关键正于正确感应由这些非平稳扰动所引起的操作条件变化。发生非平稳扰动除了会对塔内待分离物质的成分分布产生影响，也会对塔内塔板温度的分布产生影响。另外，塔板温度是一个易于检测的量并且检测可信度也比较高。由此，本章提出一种利用塔板的温度变化信息来推断操作条件变化的方法，及温度推断补偿器。
塔顶产品由精馏段第一块板与第三块板之间的温差作为控制参数，通过调节塔顶压力改变内回流比保证产品质量。塔底产品由提馏段灵敏板温度作为控制参数，通过调节塔釜再沸器蒸汽流量改变塔釜热负荷以保证产品质量，这两个温度控制系统分别有一个温度推断补偿器对其温度设定值进行调节。具体控制方案如图所示。
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